Предисловие
Кто такой Дедал?
В этой книге собрано (и дополнено)
129 «изобретений Дедала», опубликованных в разное время на «страничке
Ариадны» в еженедельнике New Scientist. Все изобретения современного Дедала не
уступают по смелости выдумки восковым крыльям его античного предшественника:
они оригинальны и остроумны и дают читателю богатую пищу для размышлений. Эти
идеи лежат на грани между строгой реальностью и очевидной фантастикой.
Я готовил
материал для «колонки Дедала» на протяжении 17 лет и уже давно вынашивал
честолюбивый замысел объединить хотя бы часть этих материалов в книгу. За
прошедшее время накопилось более 800 выпусков журнала, содержащих «колонку
Дедала», так что недостатка в «сырье» не было. Но как собрать разрозненные
выпуски в книгу? Компиляция, созданная при помощи ножниц и клея, была бы здесь
совершенно неприемлема. Кроме того, мне хотелось дополнить многие идеи, которые
раньше приходилось безжалостно урезать, чтобы втиснуть их в рамки журнального
столбца. Поэтому при подготовке настоящей книги я счел себя вправе вносить
изменения и дополнения в журнальные варианты «изобретений», объединять идеи,
разбросанные в разных номерах журнала и подвергать опубликованный ранее материал
общему редактированию. Например, многие «колонки Дедала» начинались словами:
«Мой (тот или иной эпитет) друг Дедал...», где эпитет носил наукообразный
характер, отражающий обсуждаемую в данной публикации тему. Бесконечное повторение
этой фразы в книге звучало бы чересчур надоедливо, так что я вычеркнул все
хвалебные эпитеты, в дальнейшем отказавшись от них и в журнале.
Изобретательская
фантазия Дедала всегда отталкивается от научной реальности. И как это ни
странно, примерно 17% изобретений в том или ином виде впоследствии были
восприняты всерьез, запатентованы, реализованы, а некоторые, как оказалось,
были уже осуществлены прежде! Кое-какие из опубликованных в журнале идей Дедала
я продемонстрировал «на практике»— в телевизионных научно-популярных
передачах. Мне было очень лестно, что идеи из «колонки Дедала» предлагались
студентам физического факультета Манчестерского университета в качестве тем
для курсовых проектов. Студенты с удовольствием брались за дело, однако полученные
ими результаты трудно поддавались оценке. Поэтому для тех, кто захочет более
внимательно рассмотреть научную подоплеку этих «изобретений», я добавил раздел
«Из записной книжки Дедала», где приводятся кое-какие вычисления и разбирается
научная сторона вопроса. Все вычисления при подготовке книги я проделал
заново, обнаружив при этом ряд неточностей. Так что численные расчеты,
приведенные в настоящей книге, не всегда соответствуют ранее опубликованным в
журнале. Прочие замечания, включая и упоминания о реализованных проектах
Дедала, объединены под рубрикой «Комментарий Дедала».
Многие годы
размышляя о будущей книге, я сталкивался с непреодолимой проблемой чертежей и
рисунков. Где найти художника с достаточной технической эрудицией, который
смог бы изобразить на бумаге фантазии Дедала? В конце концов издатели помогли
мне разрешить эту задачу, предложив сделать все необходимые рисунки самому.
Судите сами, что из этого получилось.
Что такое КОШМАР?
КОШМАР — это
«Компания по осуществлению широкомасштабных актуальных разработок»,
руководимая Дедалом. Компания была основана в 1967 г., т. е. примерно через два
года после появления на свет рубрики Дедала, по предложению Эдуарда Уилера,
который в то время был редактором отдела техники журнала. Располагая такой
«материально-технической базой», Дедал смог осуществлять свои прожекты с
поистине индустриальным размахом, и фирма КОШМАР стала покорять вершину за
вершиной. Политика фирмы была сформулирована Дедалом в ее первом годовом отчете,
опубликованном в номере New Scientist от 24 декабря
1970 г.:
Процветание фирмы
основано на ее исследовательских контрактах. Практически весь доход вкладывается
в расширение исследований. Как известно, все наши крупнейшие научные открытия
были сделаны в ходе работы над другими проблемами или же в результате
случайных наблюдений. В связи с этим мы поощряем полную научную
безответственность наших сотрудников, позволяя им перескакивать с одной задачи
на другую, проводить нелепые эксперименты и т. д. Это не только создает в
наших лабораториях творческую атмосферу, которой лишены другие, быть может
лучше оснащенные промышленные лаборатории, но и позволяет привлечь к работе
наиболее талантливых сотрудников. Такая организация труда дает совершенно
непредсказуемые результаты, представляющие большую ценность для нас и наших
заказчиков...
Как вы уже,
по-видимому, поняли, я категорически отрицаю нелепое утверждение, будто наша
фирма существует для блага своих «акционеров»— этой непостоянной, безымянной
массы, охв лишь стремлением получить побольше прибыли. Своим успехом компания
КОШМАР целиком обязана тому факту, что она существуй для удовольствия и
развлечения своих сотрудников.
Выпуск готовой
продукции — отнюдь не основная задача компании КОШМАР. Ее изделия выпускаются небольшими
партиями: их цель — проверка выдвинутых гипотез. Несмотря на это, за годы своего существования фирма
упрочила свою репутацию в промышленных кругах. Журнал New Scientist получал серьезные запросы о приобретении лицензий на изобретения фирмы КОШМАР; фирме даже
угрожали судебным преследованием за нарушения в области патентного права! Если
так будет продолжаться и дальше, то это значит, что фирма стоит на верном пути.
Ньюкасл-анон-Тайн май 1981 г.
Дэвид Джоунс
Соленые спектры
Когда электрон изменяет скорость или направление движения, он испускает электромагнитное излучение. В таком случае, считает Дедал, при
прохождении электрического тока по извилистому проводнику
должен излучаться свет. Частота излучаемого «света» в такой
установке будет равна числу извилин проводника, проходимых
электроном за секунду, и, следовательно, она лежит
гораздо ниже границы видимого диапазона спектра. Даже если бы электроны двигались со скоростью света (как, к
примеру, в длинной, извилистой формы радиолампе
под действием ускоряющего напряжения), длина волны испускаемого излучения была бы равна длине одной извилины. Чтобы получить таким способом видимый свет,
понадобилась бы лампа с извилинами, меньшими
длины волны видимого света. Дедал предлагает
воспользоваться кристаллами поваренной
соли. В кристаллической решетке соли
положительные ионы натрия и отрицательные ионы хлора чередуются с интервалом 0,28 нм, и электроны в пучке, направленном вдоль поверхности кристалла, будут отклоняться то в одну, то в другую сторону под действием полей, создаваемых чередующимися положительными и отрицательными зарядами.
По расчетам Дедала, заполненная солью
радиолампа должна излучать видимый свет
уже при разности потенциалов между электродами
в 0,05 В.
КПД такой лампы невелик, так как электроны касаются
поверхности кристалла только в отдельных участках своего пути. Поэтому
Дедал ищет пористый материал с ионной структурой, внутри которого электроны вынуждены
были бы двигаться по извилистой траектории. Для этой цели больше всего подходят цеолиты, широко применяемые в
ионообменниках и молекулярных ситах.
В лабиринте их
ячеистой структуры электрон будет двигаться по траектории с извилинами длиной 2 нм.
Дедал присоединяет электроды к кускам
цеолита, запаивает
их в стеклянные баллоны и откачивает воздух. В результате получается «лабиринтная радиолампа». В этой лампе электроны движутся
зигзагообразно от катода к аноду, испуская электромагнитное излучение
на всем пути. Видимый свет будет излучаться уже при напряжении 3 В, причем такая лампа способна
перестраиваться по спектру в очень широком
диапазоне. В зависимости от приложенного напряжения, определяющего
скорость движения электронов
внутри цеолита, лампа излучает
свет с любой длиной волны: от
инфракрасного до ультрафиолетового. Способность цеолампы изменять свой цвет t той же частотой, с какой изменяется управляющее
напряжение, обеспечивает ей
множество полезных применений
в технике и в
быту. При питании обычным переменным
напряжением от сети цвет лампы будет казаться постоянным, так как
глаз не в
состоянии различить его изменения
с частотой 50
Гц. Однако этот
цвет легко изменять,
управляя величиной или формой
питающего напряжения. Особенно
эффектно это свойство может использоваться в
театральных постановках и
на эстраде. В частности, Дедал
надеется, что цеолампы помогут «живым» концертам одержать верх в конкуренции с звукозаписью. Цеолампа,
управляемая через усилитель сигналом от музыкального инструмента, будет действовать как цветовой стробоскоп. Например, цвет струны,
освещенной цеолампой, будет изменяться в
фазе с ее собственными колебаниями. Скрипки,
барабаны и тарелки станут переливаться
всеми цветами радуги.
New Scientist, July 25, 1974
Дедал — «поздняя птица». Сознательно воспринимать окружающую действительность он начинает лишь часов с десяти
утра, хотя «внутренний автопилот» (своего рода особый
отдел спинного мозга) позволяет Дедалу
создавать видимость деятельности и в более
ранние часы. Зависть Дедала к «жаворонкам», способным заниматься
полезной деятельностью уже в первой половине
дни, может сравниться только с
тем чувством жалости,
которое Дедал испытывает ко всем, кто вынужден приноравливаться к жесткому режиму службы от звонка до звонка. Дедала интересует, какой механизм обеспечивает
связь, внутреннего ритма организма
с официально принятым
гражданским временем. Он
подозревает, что его собственный жизненный
ритм синхронизирован по радиопередачам
последних известий, и пытается проверить
это, соединив будильник с магнитофоном,
так чтобы эта система записывала передачи новостей и затем воспроизводила их во внеурочные часы.
Однако смена дня и ночи
или передачи Би-би-си не единственные факторы, которые могут управлять чередованием бодрствования
и сна. Вполне возможно, что суточные биоритмы чувствительны к изменениям температуры, переменным электромагнитным полям,
наличию или отсутствию
различных характерных
звуковых шумов и т. п.— эти и другие факторы могут
играть роль «времязадающих параметров». В этой связи Дедал вспоминает о недавних экспериментах, в которых
суточными биоритмами
мышей, обычно подчиняющимися смене дня
и ночи, стали
управлять при помощи
электрического поля, которое изменялось (включалось и выключалось) с периодом 12 ч. При постоянном освещении мыши начинали различать
«день» и «ночь»
по наличию или отсутствию электрического поля. Дедал надеется, что если аналогичный рефлекс выработать у
человека, то он станет идеальным средством для перестройки нашего
жизненного ритма. Придуманная Дедалом электрическая кровать оснащена датчиками, которые определяют, лежит
ли человек на кровати и спит ли он. Во время сна всегда включается электрическое поле, так что через некоторое время пациент
начинает связывать наличие поля со сном. Тем временем небольшой компьютер составляет график сна и рассчитывает
суточный ритм пациента. Накопив
достаточную статистику, электрическая
кровать автоматически начинает сдвигать
период наличия электрического поля в нужном
направлении (например, поле остается включенным с II ч вечера до 7 ч утра), и постепенно режим сна пациента приводится к общепринятой норме. Это позволит избавить от страданий недосыпающих служащих. Электрическая кровать может быть запрограммирована таким образом, чтобы помочь сменным рабочим
приспособиться к меняющемуся режиму
сна. В портативном варианте (в виде «электрической
подушки») таким устройством могут с
успехом пользоваться экипажи авиалайнеров,
обслуживающие дальние рейсы, и командированные, перелетающие из одного часового пояса в другой (|11|, |12|).
New Scientist, March 15, 1973
Опыты над мышами,
о которых я упоминаю, проводились на биологическом факультете Нью-Йоркского
университета (Nature, 222, May 10, 1969, p. 564). Со
свойственной биологам наивностью 'авторы подвергали мышей действию электрического поля, повышая с периодом в 24
ч потенциал клетки до 500 В. Находясь внутри
металлической клетки, мыши почти
не испытывали действия
электрического поля, которое
существовало лишь между прутьями клетки и вдоль стенок. Высокое
напряжение на клетке представляло бы смертельную опасность скорее для
любителей мышей, если бы им захотелось просунуть в клетку лакомый кусочек для
своих подопечных. Тем не менее включение
и выключение электрического поля одновременно со светом по суточному циклу
выработало у мышей условный рефлекс. Когда свет переставали выключать и клетка постоянно освещалась круглые сутки, мыши начинали определять смену дня
и ночи по наличию или отсутствию
электрического поля. В течение
всего эксперимента режим сна и активности оставался в фазе с внешним
электрическим полем. Любопытно
отметить, что не
все подопытные мыши подчинялись
общему ритму — у некоторых из них был заметно выражен сдвиг режима активности
по отношению к изменению поля. Так что электрическую кровать, вероятно,
придется оснастить каким-то автоматическим устройством, которое учитывало бы
индивидуальные особенности пациентов.
Многие женщины пытаются
избавиться от лишнего веса, но часто даже самые строгие диеты оказываются бесполезными. Внутренний «весостат»,
поддерживающий вес человека постоянным очень трудно сбить с толку: организм
просто начинает более эффективно извлекать из пищи питательные вещества, чем
сводит на нет действие любой диеты. По мысли Дедало, однако, очень многие из
желающих похудеть могли бы значительно улучшить свою внешность не сбрасывая
веса, а просто более рационально перераспределяя имеющиеся жировые
отложения. Такое перераспределение не должно встречать противодействия со стороны «весостата» и поэтому, возможно,
вполне осуществимо. Почему жировые ткани так важны? Да потому, что жир накапливается непосредственно под кожей и служит теплоизоляцией. Значит,
должен существовать какой- то физический
механизм, обеспечивающий отложение жира там, где он особенно необходим,
на участках, подвергающихся сильному охлаждению. Дедал указывает на наиболее
очевидный механизм: жир, kks , большинство других веществ, лучше растворяется в жид костях при высоких
температурах, чем при низких. Поэтому даже у тех людей, у кого жировой обмен в
целим стабилизирован, жир должен
растворяться на более теплых участках тела и переноситься током крови к
участкам, подвергающимся охлаждении). Похоже, что это предположение
подтверждается практикой: не так давно
медики выступили с предостережением, что мини-юбки делают ноги толстыми!
Итак, Дедал
предлагает способ совершенствования женской фигуры, заключающийся в охлаждении мест, обделенных природой, и
подогревание архитектурных излишеств. Дамы, страдающие «грушевидным синдромом»,
могут умножить свои прелести путем ношения панталон с электроподогревом и
охлаждаемого бюстгальтера «рефрилиф» фирмы КОШМАР. Охлаждаемый лифчик и
штанишки в сочетании с подогревным кушаком помогут исправить излишнюю строгость
линий. Кое-кто, быть может, склонен предоставить недоразвитые формы воле
стихии, но Дедал считает, что всепогодные термостатированные корсеты
обеспечивают гораздо более приличное и универсальное решение проблемы. Коль скоро общее количество жира остается
неизменным, лучшие образцы исправляющих фигуру корсетов
должны быть «адиабатическими»: все тепло, отбираемое от
охлаждаемых участков, перекачивается к тем участкам тела, которые нуждаются в обогреве. При этом пациент не будет испытывать общего ощущения перегрева
или переохлаждения. Естественно было бы воспользоваться для этих
целей термоэлектрическим эффектом Пельтье: выделением тепла или холода на спае двух различных металлов в зависимости от
полярности их подключения к источнику тока. Если
встроить в одежду большое число термопар, из которых половина нагревается, а другая половина охлаждается, то
такое платье станет своеобразным тепловым
насосом, перекачивающим выделяемое
телом тепло в соответствии с заданной
программой. Вследствие малой разности температур между горячими и холодными
спаями подобный тепловой насос будет
иметь очень высокий кпд и при
незначительном потреблении
электроэнергии от небольшой батареи сможет перекачивать существенное количество тепла. «Адиабатические корсеты» фирмы КОШМАР будут заполнены термопарами, соединение которых в общую цепь осуществляется в
соответствии с программой, введенной в центральный блок управления. Гибкая, оперативно корректируемая программа обеспечит быструю и
уверенную эволюцию фигуры пациентки к сокровенному идеалу.
«Узловая»
проблема Максвелла и Фарадея
Силовые линии», придуманные Фарадеем относятся к изящнейшим изобретениям человеческого
ума. Эти элегантные абстракции идут от одного полюса магнита к другому, не
обрываясь и не пересекаясь друг с другом, и ведут себя как
взаимно отталкивающиеся упругие
нити. Они позволяют получить
полное качественное представление о свойствах магнитного поля, не прибегая к
математическим выкладкам; Дедала же они наводят на мысль о возможном существовании магнитных полей совершенно необычной конфигурации. Дедал предлагает поставить опыт, основанный на известном фокусе — завязать
узел на шнурке, не выпуская его концов из рук (нужно скрестить руки на груди, взять концы шнурка
и развести руки
в стороны). Дедал намерен
намотать обмотку на стержень из гибкой магнитной резины и завязать ее
узлом. Пропустив через катушку электрический
ток, мы получим завязанный узлом соленоид. Если теперь
расправить узел на
магните, то узлом завяжутся магнитные силовые линии.
(Возможно, обмотку придется
заключить в сверхпроводящин экран,
чтобы магнитные силовые линии не могли пройти
сквозь материал магнита, но это усложнение не меняет существа
дела.)
Завязанное узлом магнитное поле представляет собой
любопытную топологическую задачу. Основное свойство такого поля состоит в
том, что магнитные силовые линии стремятся
сократиться и затянуть узел туже. Но чем теснее они сближаются в узле, тем выше напряженность поля; в результате получается область «замкнутого»
магнитного поля большой напряженности. Тем
самым будет опровергнута теорема Эрншоу, согласно которой магнитное поле
должно быть сильнее всего у полюсов создающего его магнита. Это
даст возможность создать,
наконец, весьма совершенные магнитные
подвески: например,
железный шарик, попавший
в такое магнитное поле, не устремится к одному из полюсов
магнита, а направится к узлу, где напряженность поля максимальна, и останется
там. Этот принцип будет незаменим при
создании точных приборов, кресел-качалок, автомобильных рессор и
транспортных средств на магнитной подвесок.
Кроме того, магнитные узлы будут сложным образом взаимодействовать
с токонесущими
проводниками, что позволит сконструировать электродвигатели, роторы
которых движутся по замысловатым искривленным траекториям. Наоборот, в плоском проводнике,
пересекающем завязанные узлом сил линии, должен наводиться завязанный узлом
электрический ток. Правда, Дедал еще не
думал, как его можно использовать.
Еще интереснее проблема взаимодействия нескольких узлов магнитного поля.
В области, где силовые линии близко
подходят друг к другу, узел должен
вести себя как небольшой отрезок токонесущего проводника,
т.е. как электрический диполь. Поэтому
узлы должны притягиваться друг к другу. Этот эффект будет компенсироваться
отталкиванием магнитных силовых линий вне узлов, однако есть шанс, что из отдельных узлов все же удастся получить нечто вроде магнитного трикотажа».
Более всего, однако, Дедала занимает вопрос, что
произойдет с магнитным узлом при выключении
тока. Обычные силовые линии при этом стягиваются в
точку и исчезают. Деда; уверен, что с узлом произойдет то же
самое. Вероятнее всего, узел стянется в единичный
квант энергии электромагнитного поля. Не получится ли при этом кварк?
New Scientist, October 5, 1967
Магнитный "мех"
Архитекторам, занимающимся
проблемами теплоизоляции зданий, следовало бы поучиться у природы.
Теплоизоляционный слой должен находиться не с внутренней стороны стен и не в
стенах, а снаружи. В этом случае кирпичная кладка, обладающая большой тепловой
инерцией, будет сглаживать суточные колебания температуры внутри помещения. В
идеале наружное покрытие стен должно также обладать водоотталкивающими,
звукопоглощающими, декоративными и защитными свойствами. Построить мохнатое
здание, однако, не так просто. Покрытие из стекловаты слишком неэлегантно, а
электростатический метод, применяемый при изготовлении искусственного меха,
слишком сложен. Биологи фирмы КОШМАР подыскивают газонную траву, которую можно
было бы выращивать на стенах как своего рода растительный <мех". Но
есть опасения, что трава, как и плющ, будет со временем разрушать кирпичную
кладку.
По мнению Дедала, решение
проблемы дает новая магнитная краска. Она представляет собой взвесь железных
опилок в нитролаке. Краску наносят на поверхность и над слоем свежей краски
проводят мощным магнитом. Опилки притягиваются магнитом и вытягивают за собой
ниточку лака. Нить очень быстро затвердевает, и стена оказывается покрытой
длинным ворсом. Такое покрытие, которому можно придать любую окраску, не только
обладает прекрасными теплоизоляционными звукопоглощающими свойствами, но и
очень привлекательно на вид. Зеленый домик отлично впишется в сельский пейзаж,
радуя глаз колышущимся на ветру мохнатым покровом. Даже в городах
"пушистые кварталы" будут выглядеть гораздо эстетичнее нынешних. Дома
можно раскрашивать "под зебру", "под жирафа", изобретать
любые орнаменты. И архитектура в целом
обогатится новой невиданной
мягкостью цветов, линий и поверхностей. Дедал также намеревается применить свое
изобретение для решения более частных проблем. Нет сомнения, что огромным
спросом будет пользоваться средство против облысения КОШМАР (наносится на
лысину и укладывается в прическу магнитом; новые волосы держатся не хуже
старых!). Подобное же средство надежно защитит полярников от холода и поможет
специалистам по приматам войти в более тесный контакт с обезьянами. Дедал
догадывается, однако, что названные применения не исчерпывают всех возможностей
нового покрытия. Железные опилки на кончиках волокон можно отклонять магнитным
полем. Таким образом, магнитный "мех" может стать первым управляемым
теплоизолятором. Теплоизоляционными свойствами мохнатого дома или махровой
рубашки можно будет управлять при помощи магнитного поля, создаваемого системой
электрических приводов. В жаркую погоду термостат включает ток и ворс
приглаживается; в холодную погоду ворс взъерошивается и его теплоизоляционные
свойства улучшаются. Дом будет приспосабливаться к изменениям погоды, а
владелец рубашки на собственном опыте ощутит все прелести автоматической
терморегуляции, существующей у кошек и других животных. Если рубашка будет
покрыта ворсом и с изнанки, то движением ворса на отдельных участках можно
будет управлять со спрятанного в рукаве пульта, и владелец рубашки сможет в
любой момент дистанционно почесаться там, где на людях это сделать неприлично.
Такая рубашка хороша и для плавания, поскольку она способна загребать воду
своими ворсинками, как бактерии ресничками. После купания рубашка сама стряхнет
с себя воду и мгновенно станет сухой. Что еще более интересно, магнитные
волокна могут вибрировать в переменном магнитном поле с частотой вплоть до
верхней границы звукового диапазона. Рубашка-громкоговоритель со встроенным в
воротник микрофоном и усилителем пригодится ораторам; по этому же принципу
можно изготовить и громкоговорящие обои. Колебания магнитных ворсинок
передаются воздуху за счет вязкого трения и создают однородное ненаправленное
звуковое поле. Подавая на различные участки стены разные сигналы, можно
добиться подлинно объемного звучания. В качестве других применений этого
замечательного изобретения можно назвать магнитную зубную щетку, которая сама
чистит зубы, и перистальтический ковер. В основу этого ковра вплетены
управляющие провода, создающие на ворсе бегущую волну, которая уносит пыль и
мелкий мусор к миниатюрному мусоросборнику. Такой ковер избавит хозяйку от
многих забот, но вряд ли придется по душе кошкам.
New
Scientist, June 6, 13, 1974.
* Дэвид Джоунс, Изобретение Дедала, М., «Мир», 1985